נוקליאון

נוקליאון, בפיזיקת חלקיקים, הוא שם כללי לבאריונים: פרוטון ונייטרון, המרכיבים את גרעין האטום. עד לשנות ה-60 של המאה ה-20, נהוג היה לחשוב כי שני הנוקליאונים הם חלקיקים יסודיים, אך כיום ידוע כי הם מורכבים מקווארקים וגלואונים. הבנת תכונות הנוקליאונים היא אחת המטרות המרכזיות של הכרומודינמיקה הקוונטית, התאוריה המודרנית העוסקת בתגובות חזקות.

הפרוטון הוא הבאריון הקל ביותר ויציבותו תלויה במספר הבאריון שלו. לפיכך, מטיל אורך חייו של הפרוטון מגבלות חמורות על תאוריות המנסות להרחיב את המודל הסטנדרטי. הנייטרונים מתפרקים לפרוטונים באמצעות ההתפרקות החלשה.

הפרוטון

ערך מורחב – פרוטון

מספרו הקוונטי הוא 1/2⁺, מטענו $\ 1.602176462\times 10^{-19}$ קולון, ומסתו עומדת על 938.272029±0.000080 MeV/c². הפרוטון מרכיב את כל גרעין האיזוטופ הקל של אטום המימן.

על-פי מספר תאוריות GUT, ייתכן כי הפרוטון דועך. במקרה כזה, זמן מחצית החיים המינימלי הוא ‎2.1×10²⁹‎ שנים. רדיוס המטען נמדד בעיקר באמצעות פיזור אלקטרון־פרוטון, והוא עומד על 0.870±0.008 fm.

בסוגי דעיכה מסוימים, לאנטי־לפטון או לפטון ומזון, זמן הדעיכה עשוי לעמוד על ‎10³²‎ שנים. לפיכך, נהוג לראות בפרוטון חלקיק יציב, ומספר הבאריון שלו נשמר.

הנייטרון

ערך מורחב – נייטרון

לנייטרון אין מטען חשמלי ומסתו עומדת על 939.565360±0.000081 MeV/c². אורך חייו של הנייטרון הוא 885.7±0.8 שניות. הוא מתפרק התפרקות חלשה:

$n\to p+e+{\overline {\nu }}_{e}$

אנטי־נוקליאונים

סימטריית CPT מטילה הגבלות חמורות על תכונותיהם של חלקיקים ואנטי־חלקיקים. לדוגמה, מטעניהם של הפרוטון והאנטי־פרוטון חייבים להיות שווים. השוויון בין השניים נמדד בדיוק של ‎10^-8‎, וכך גם לגבי מסתם.

מיון במודל הקווארקים

במיון קווארקים בטעם (SU(2, שני הנוקליאונים משתייכים למצב הבסיסי השני, בו הפרוטון מורכב מהרכב של הקוורקים UUD, ואילו הנייטרון מורכב מ־UDD. בטעם (SU(3, הם משתייכים למצב הבסיסי ה־8 של באריונים בעלי ספין 1/2. בהרחבה ל־(SU(4 (תוך הכללה של הקווארק מטעם "קסום"), ניתן לשייך אותם למצב הבסיסי ה־20.

ראו גם

• מיון החלקיקים